《数控铣削编程与加工技术》图文课件第2章

第2章数控铣削加工工艺

第2章数控铣削加工工艺

2.1数控铣削加工内容的选择

2.2数控铣削加工工艺分析

2.3数控铣削加工工艺路线的设计

2.4夹具、铣刀与切削用量的选择

2.5数控铣削加工的工艺文件

本章小结第2章数控铣削加工工艺

应根据数控铣床的特点，从铣削加工的角度考虑。适合数控铣削加工的情况主要有以下几点：

（1）如图2-1所示的平面类零件和如图2-2所示的空间曲面类零件，及由数学表达式给出的非圆曲线和列表曲线构建的内外轮廓等。

2.1数控铣削加工内容的选择图2-1平面类零件

图2-2空间曲面类零件第2章数控铣削加工工艺

（2）给出数学模型的空间曲面或通过测量数据建立起来的空间曲面。（3）形状复杂，尺寸繁多，零件划线和检测都比较困难的零件加工部位。（4）能够在一次装夹中顺带铣削出来的简单表面或形状。（5）用普通铣床加工时难以观察、控制及检测的内腔、箱体内部等。（6）有严格位置尺寸要求的孔或平面。

第2章数控铣削加工工艺

不适合数控铣削加工的内容如下：（1）简单的粗加工面和需要专用工装协调的加工内容。（2）需要用较长时间占用机床调整的加工内容。（3）不能在一次安装中加工完成的零星分散部位，采用数控铣削很不方便，效果不明显。（4）零件毛坯上加工余量不大或者不太稳定的加工部位。

第2章数控铣削加工工艺

加工工艺分析是数控加工前期的准备工作。工艺分析将直接影响到工艺制定是否合理，而工艺制定是否合理，对程序编制、铣床加工效率和零件的加工精度都有重要的影响。

2.2.1零件的工艺分析

1.零件图的工艺分析

零件图上的尺寸标注应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。构成零件轮廓的几何元素的条件应充分。2.2数控铣削加工工艺分析

第2章数控铣削加工工艺

2.2.1零件的工艺分析

2.零件的结构工艺性分析

零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格数量和换刀次数，方便编程，提高生产效率。

3.定位基准分析

在数控加工工艺中，因工件的重新安装而导致加工后的两个面轮廓位置及尺寸不协调。因此，要避免两次装夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的基准定位。第2章数控铣削加工工艺

2.2.2加工方法与加工方案的确定

1.加工方法的选择加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度符合要求。铣削加工的零件主要有平面类零件和曲面类零件。其中，平面类零件的斜面轮廓一般又分

为以下两种：（1)固定斜角的外轮廓面。如

图2-5所示。

图2-5固定斜角的斜面加工第2章数控铣削加工工艺

（2)变斜角的外轮廓面。如图2-6所示为变斜角外轮廓面的加工。

2.加工方案的确定

确定加工方案时，应根据主要表面的经济加工精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。

图2-6变斜角的斜面加工第2章数控铣削加工工艺

2.2.3工序与工步的划分

1.工序的划分工序是指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。数控铣削加工工序一般可按以下几种方法进行划分。

1）加工部位分序法2）刀具集中分序法3）零件定位方式分序法4）粗、精加工分序法

第2章数控铣削加工工艺

2.工步的划分

工步是指在加工表面不变、加工工具不变、切削用量不变的条件下所连续完成的那一部分工序。工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。工步划分的原则如下：

(1)同一表面按粗加工、半精加工和精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。

(2)对于既有面又有孔的零件，可“先面后孔”。按此方法划分工步，可以提高孔的加工精度。(3)按刀具划分工步。

第2章数控铣削加工工艺

在数控加工中，刀具的刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。所谓刀位点是指刀具对刀时的理论刀尖点。

2.3.1确定加工路线的原则编程时，确定加工路线的原则主要有以下几点：(1)加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，并保证较高的效率。(2)应使数值计算简单，以减少编程工作量。(3)应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。2.3数控铣削加工工艺路线的设计

第2章数控铣削加工工艺

(4)进、退刀位置应选在不太重要的位置，并且尽量使刀具沿切线方向进、退刀，避免法向进、退刀和进给中途停顿而产生刀痕。

此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和铣床、刀具的刚度等情况，确定是采用一次走刀，还是多次走刀来完成加工，以及在铣削加工中是采用顺铣还是逆铣等。

第2章数控铣削加工工艺

2.3.2铣削加工路线的确定

1.顺铣和逆铣的确定铣削有顺铣和逆铣两种方式。顺铣是指铣刀的切削速度方向与工件进给运动方向相同时的铣削，逆铣是指铣刀的切削速度方向与工件进给运动方向相反时的铣削。当工件表面无硬皮，铣床进给机构无间隙时，应选用顺铣。当工件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应采用逆铣。

第2章数控铣削加工工艺

2.铣削外轮廓的加工路线

刀具切入零件时，应沿切削起始点延伸线或切线方向逐渐切入零件，同样，在切离零件时，也要沿着切削终点延伸线或切线方向逐渐切离工件，避免在切削终点处直接抬刀，如图2-8（a）所示。铣削封闭的内轮廓表面同铣削外轮廓一样，刀具同样不能沿轮廓曲线的法向切入和切出，此时刀具可以沿一过渡圆弧切入和切出，工件轮廓如图2-8（b）所示。

图2-8铣削内外轮廓的加工路线第2章数控铣削加工工艺

4.铣削内槽的加工路线内槽是指以封闭曲线为边界的平底凹槽。如图2-9所示为加工内槽的三种加工路线。图(a)是行切法加工内槽的加工路线；图(b)为采用环切法加工内槽的加工路线。综合行切法、环切法的优点即形成图(c)所示的加工路线，即先用行切法切去中间部分余量，最后用环切法切一刀，既能使总的加工路线较短，又能获得较好的表面粗糙度。因此，这三种加工方案中(a)方案最差，(c)方案最好。

图2-9铣削内槽的三种加工路线第2章数控铣削加工工艺

5.铣削曲面的加工路线

对于边界敞开的曲面铣削，常用球头刀加工。如图2-10所示的叶片类零件可采用两种加工路线，即沿曲面的Y向行切或X向行切。

图2-10铣削曲面的两种加工路线第2章数控铣削加工工艺

2.4.1工件的安装与夹具选择

1.定位安装的基本原则在数控铣床上加工零件时，定位安装的基本原则与普通铣床相同，也要合理选择定位基准和夹紧方案。为了提高数控铣床的效率，在确定定位基准与夹紧方案时应注意以下几点：

(1)力求设计、工艺与编程计算的基准统一。(2)尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后加工出全部待加工面。(3)避免采用占用机床人工调试加工方案，以充分发挥数控铣床的效能。

2.4夹具、铣刀与切削用量的选择

第2章数控铣削加工工艺

2.夹具的选择

数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与铣床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和铣床坐标系的尺寸关系。除此之外，还要考虑以下几点：

(1)快速装夹工件。(2)当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具。在成批生产时才考虑专用夹具，并力求结构简单。(3)夹具要具有良好的敞开性。

第2章数控铣削加工工艺

2.4.2铣刀及切削用量的选择

无论是普通铣床还是数控铣床，都必须依靠铣刀才能完成零件的加工，因此，铣刀的质量是数控加工工艺中重要的内容之一。它不仅影响铣床的加工效率，而且直接影响加工质量。

1.铣刀的材料

1）高速钢高速钢是在合金工具钢中加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。常用的普通高速钢有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。

第2章数控铣削加工工艺

2）硬质合金硬质合金刀具材料是由硬度和熔点都很高的碳化物（WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和黏结剂（Co、Mo、Ni等）经高压成形，再经过高温烧结而成的粉末冶金制品。3）涂层硬质合金涂层硬质合金刀具材料就是在硬质合金基体上或其他刀具材料基体上，涂覆一层耐磨性极高的难熔金属（或非金属）化合物而得到的刀具材料。

第2章数控铣削加工工艺

4）陶瓷陶瓷刀具材料是以Al2O3或Si3N4为基体材料在高温下烧结而成的。

5）立方氮化硼立方氮化硼(CBN)是人工合成的高硬度材料，其硬度（可达7300～9000HV）和耐磨性仅次于金刚石，且有极高的高温硬度。6）聚晶金刚石

第2章数控铣削加工工艺

2.铣刀及切削用量的选择

铣削加工刀具种类很多，在数控铣床上常用的铣刀有以下四种。

1)面铣刀2)立铣刀

图2-12面铣刀图2-13立铣刀第2章数控铣削加工工艺

3)模具铣刀4)键槽铣刀

图2-14硬质合金模具铣刀图2-15键槽铣刀第2章数控铣削加工工艺

3.铣刀的选择

在生产中，加工较大平面应选择面铣刀；加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等多选用模具铣刀；加工封闭的键槽应选择键槽铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀等，如图2-16所示。

(a)球头铣刀

(b)环形铣刀

(c)鼓形铣刀

(d)锥形铣刀

(e)盘形铣刀图2-16其他常用铣刀第2章数控铣削加工工艺

在数控铣床上，使用最多的是立铣刀。选择立铣刀加工时，刀具的有关参数建议按下述经验数据选取，如图2-17所示。(1)立铣刀半径r应小于零件内轮廓面的最小曲率半径ρ，一般取r=(0.8～0.9)ρ。(2)零件的加工高度H≤(1/6～1/4)r，以保证立铣刀有足够的刚度。(3)对深槽孔，立铣刀切削部分长度可按下式计算l=H+(5～10)

式中，l为立铣刀切削部分长度（mm），H为零件的加工高度（mm）。

第2章数控铣削加工工艺

(4)加工外形及通槽时，立铣刀切削部分长度l的计算公式为l=H+re+(5～10)式中，re为立铣刀刀尖圆角半径（mm）。(5)如图2-18所示，粗加工内轮廓面时，立铣刀最大直径D粗可按下式计算

式中，δ为圆角邻边夹角等分线上的精加工余量（mm）；δ1为单边精加工余量（mm）；φ为圆角两邻边的最小夹角（°）；D1为轮廓的最小凹圆角半径（mm）。

第2章数控铣削加工工艺

(6)加工肋时，立铣刀直径D可按下式计算D=(5～10)b式中，b为肋的厚度（mm）。

图2-17立铣刀的尺寸选择图2-18粗加工立铣刀直径估算法第2章数控铣削加工工艺

4.切削用量的确定

1)背吃刀量在刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除加工余量，最好一次切净余量，以便提高生产效率。在数控铣床上，精加工余量可小于普通铣床，一般应取0.2～0.5mm。2)主轴转速主轴转速主要根据允许的切削速度选取，即

第2章数控铣削加工工艺

3)进给量进给量（进给速度）f是数控铣床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取，单位为mm/min或mm/r。粗加工时，为缩短切削时间，进给量就取得大些；工件材料较软时，可选用较大的进给量；精加工时，进给量数值应小些，一般在20～50mm/min范围内选取。

第2章数控铣削加工工艺

数控铣削加工工艺文件主要包括数控铣削加工工序卡、数控铣削加工刀具调整单等。2.5.1数控铣削加工工序卡

数控铣削加工工序卡是用来编制数控铣削程序的依据，由编程员根据图纸和加工任务书编制数控铣削加工工艺和作业的内容，包括工序及各工步的加工内容，本工序完成后工件的形状、尺寸和公差，各工步切削参数，本工序所使用的铣床、刀具和工艺工装等见下表。2.5数控铣削加工的工艺文件

第2章数控铣削加工工艺

2.5.1数控铣削加工工序卡

工厂名数控铣削加工工序卡产品名称代号零件名称零件图号工艺序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车

间工步号工步作业内容加工面刀具号刀具规格主轴转速进给量背吃刀量备

注12345编制审核批准年

月

日共

页第

页第2章数控铣削加工工艺

2.5.2数控铣削加工刀具调整单

数控铣削加工刀具调整单主要包括数控刀具卡和数控刀具明细表(简称为刀具表)两部分。刀